Dankzij patenten uit de audiocassette-industrie hebben Amsterdamse chemici een even slimme als eenvoudige methode gevonden om katalytisch actieve nanodeeltjes te maken. Een nanometerdun kobaltlaagje maakt ze geschikt voor de synthese van diesel en kerosine uit alternatieven voor aardolie.
De mondiale olievoorraad is binnenkort niet meer toereikend.
George Spade | DreamstimeDe nanodeeltjes blijken zeer geschikte katalysatoren voor het Fischer Tropsch proces (FT). Dat staat de laatste jaren erg in de belangstelling omdat het de wereld kan helpen ontsnappen aan het dreigende olietekort.
Met de FT technologie zijn brandstoffen te maken uit een mengsel van koolmonoxide en waterstofgas, het zogenaamde synthesegas. Dat kan duurzaam, met synthesegas geproduceerd uit biomassa (bijvoorbeeld landbouwafval of speciaal geteelde gewassen). Maar het is ook mogelijk om fossiele bronnen te (blijven) exploiteren. Synthesegas is namelijk ook te maken uit aardgas, schaliegas en steenkool.
Grootschalig
Wat je er ook instopt, de benodigde chemische fabrieken zijn gigantisch, de FT-reactoren enorm en de benodigde hoeveelheid katalysator loopt in de honderden tonnen. En dan wordt het prijzig, want de beste katalysatoren (hulpstoffen die de omzetting faciliteren) bevatten het element kobalt. En dat is duur.
In 2009 benaderde Total Gaz & Power, onderdeel van de Franse oliegigant Total SA, de Amsterdamse onderzoeksgroep Heterogeneous Catalysis and Sustainable Chemistry, onderdeel van het Van ‘t Hoff Institute for Molecular Sciences. Of ze misschien een goedkopere katalysator konden ontwerpen. Gemakkelijk op zeer grote schaal te bereiden en qua prestaties vergelijkbaar met zuiver kobalt. UvA-onderzoekers Roberto Calderone, Raveendran Shiju en Gadi Rothenberg gingen de uitdaging aan.
Met name Calderone beet zich vast in een techniek om de kobalt-gecoate nanobolletjes te maken via zogeheten oppervlakte-nucleatie van het kobalt op colloïden (microscopisch kleine deeltjes) ijzeroxide.
Daarbij greep hij terug op de methode die bedrijven zoals TDK in de jaren zestig van de vorige eeuw gebruikten bij de productie van magnetische tapes voor audiocassettes. Het standaard opnamemateriaal in deze cassettes bestond uit polymeertape met sigaarvormige ijzeroxidedeeltjes, voorzien van een geringe hoeveelheid kobalt.
Goede diesel
Twee jaar onderzoek leidde tot een goedkope, betrouwbare, efficiënte en vooral schaalbare methode voor het produceren van bolvormige _core-shell_-katalysatordeeltjes. Ze hebben een gemiddelde diameter van 10 nanometer en bestaan uit een kern van magnetiet (ijzeroxide) met een diameter van 8 nanometer, en een kobalt coating van slechts 1 nanometer.
De nieuwe katalysatoren zijn inmiddels getest door onderzoeksgroepen van de Universität Bayreuth (Duitsland) en de Université Lille (Frankrijk). In kleinschalige Fischer-Tropsch proefopstellingen bleek hun kwaliteit: ze leveren zodanig veel diesel op dat verdere industriële ontwikkeling voor de hand ligt.
Op de nieuwe katalysatoren en hun bereiding is inmiddels octrooi aangevraagd door Total S.A.. De UvA-onderzoekers gelden daarbij als mede-uitvinders. Het onderzoek verscheen vorige week als VIP-artikel in Angewandte Chemie, het wetenschappelijke toptijdschrift voor chemici.
De Pearl GTL (gas-to-liquids) installatie van Shell is ‘s werelds grootste fabriek voor de productie van vloeibare brandstoffen zoals diesel en kerosine volgens het Fischer-Tropsch proces. Shell benut daarvoor aardgas uit North Field, het grootste aardgasveld ter wereld, voor de kust van Qatar. De maximale productie bedraagt 140,000 vaten GTL-producten per dag.
Shell